Termodinamica. UMF Carol Davila Catedra de Biofizica Medicala

Σχετικά έγγραφα
Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

FIZICĂ. Elemente de termodinamica. ş.l. dr. Marius COSTACHE

Noțiuni termodinamice de bază

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

FC Termodinamica. November 24, 2013

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

CURS 5 TERMODINAMICĂ ŞI FIZICĂ STATISTICĂ

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Integrala nedefinită (primitive)

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

4.PRINCIPIUL AL II -LEA AL TERMODINAMICII

Curs 1 Şiruri de numere reale

Forme de energie. Principiul I al termodinamicii

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

Curs 2 DIODE. CIRCUITE DR

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

MARCAREA REZISTOARELOR

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.3.ALCHINE

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

BAZELE TERMOENERGETICII

Erori si incertitudini de măsurare. Modele matematice Instrument: proiectare, fabricaţie, Interacţiune măsurand instrument:

5.1. Noţiuni introductive

Unitatea atomică de masă (u.a.m.) = a 12-a parte din masa izotopului de carbon

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Curs 4 Serii de numere reale

Aplicatii tehnice ale gazului perfect si ale transformarilor termodinamice

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

Lucrul mecanic şi energia mecanică.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

2. STATICA FLUIDELOR. 2.A. Presa hidraulică. Legea lui Arhimede

2. MĂRIMI ȘI UNITĂȚI CARACTERISTICE STRUCTURII DISCRETE A SUBSTANȚEI

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

ENUNŢURI ŞI REZOLVĂRI 2013

Subiecte Clasa a VII-a

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

Capitolul ASAMBLAREA LAGĂRELOR LECŢIA 25

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Geometrie computationala 2. Preliminarii geometrice



III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Criptosisteme cu cheie publică III

1.10. Lucrul maxim. Ciclul Carnot. Randamentul motoarelor

Capitolul 1. Avansarea reacţiei

BIOELECTROGENEZA DEFINIŢIEIE CAUZE: 1) DIFUZIA IONILOR PRIN MEMBRANĂ 2) FUNCŢIONAREA ELECTROGENICĂ A POMPEI DE Na + /K + 3) PREZENŢA ÎN CITOPLASMĂ A U

Continue. Answer: a. Logout. e-desc» Concurs Phi» Quizzes» Setul 1 - Clasa a X-a» Attempt 1. 1 of 2 4/14/ :27 PM. Marks: 0/1.

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii în tehnică

Fig Impedanţa condensatoarelor electrolitice SMD cu Al cu electrolit semiuscat în funcţie de frecvenţă [36].

Analiza sistemelor liniare şi continue

1.1.Fizica moleculară: obiect şi metode de studiu.

riptografie şi Securitate

1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

1.7. AMPLIFICATOARE DE PUTERE ÎN CLASA A ŞI AB

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

TRANSFERUL DE CĂLDURĂ

Lucrul si energia mecanica

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.4.ALCADIENE

PROGRAMA ANALITICĂ Disciplina: Chimie fizică. Termodinamică

Sistem hidraulic de producerea energiei electrice. Turbina hidraulica de 200 W, de tip Power Pal Schema de principiu a turbinei Power Pal

Capitolul 2 - HIDROCARBURI 2.5.ARENE

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

V O. = v I v stabilizator

1.3 Baza a unui spaţiu vectorial. Dimensiune


Aparate de măsurat. Măsurări electronice Rezumatul cursului 2. MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

UNITĂŢI Ţ DE MĂSURĂ. Măsurarea mărimilor fizice. Exprimare în unităţile de măsură potrivite (mărimi adimensionale)

2 Transformări liniare între spaţii finit dimensionale

FENOMENE TRANZITORII Circuite RC şi RLC în regim nestaţionar

Studiu privind soluţii de climatizare eficiente energetic

FIZICĂ. Oscilatii mecanice. ş.l. dr. Marius COSTACHE

I. Scrie cuvântul / cuvintele dintre paranteze care completează corect fiecare dintre afirmaţiile următoare.

2. Rezistența electrică (R) Ohm (Ω) 1Ω = 1kg A -2 m 2 s Rezistivitatea (ρ) Ohm metru (Ω m) 1Ω m = 1kg A -2 m 3 s -3

ALGEBRĂ ŞI ELEMENTE DE ANALIZĂ MATEMATICĂ FIZICĂ

2.PRIMUL PRINCIPIU AL TERMODINAMICII

Reactia de amfoterizare a aluminiului

Subiecte Clasa a VIII-a

* K. toate K. circuitului. portile. Considerând această sumă pentru toate rezistoarele 2. = sl I K I K. toate rez. Pentru o bobină: U * toate I K K 1

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

EDITURA PARALELA 45 MATEMATICĂ DE EXCELENŢĂ. Clasa a X-a Ediţia a II-a, revizuită. pentru concursuri, olimpiade şi centre de excelenţă

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

REACŢII DE ADIŢIE NUCLEOFILĂ (AN-REACŢII) (ALDEHIDE ŞI CETONE)

J. Neamţu E. Osiac P.G. Anoaica FIZICĂ TESTE GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ÎNVĂŢĂMÂNTUL SUPERIOR. Electricitate Termodinamică Optică Atomică Nucleară

Examen AG. Student:... Grupa:... ianuarie 2011

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

2CP Electropompe centrifugale cu turbina dubla

Clasa a IX-a, Lucrul mecanic. Energia

I. Forţa. I. 1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Seminar electricitate. Seminar electricitate (AP)

Capitolul 1. Noțiuni Generale. 1.1 Definiții

CIRCUITE INTEGRATE MONOLITICE DE MICROUNDE. MMIC Monolithic Microwave Integrated Circuit

Transcript:

Termodinamica

Cuprins: Notiuni generale Principiul I al termodinamicii. Aplicatii Principiul II al termodinamicii Potentiale termodinamice Forte si fluxuri termodinamce Echilibru si stare stationara Stari departe de echilibru. Structuri disipative

Notiuni generale

Ce este termodinamica? Stiinta care studiaza transformarile reciproce ale diverselor forme de energie, in sisteme naturale sau artificiale

Sistem termodinamic Sistem = Sistem termodinamic = ansamblu de componente delimitate de mediul exterior, aflate in interactiune intre ele si cu exteriorul sistem macroscopic, alcatuit dintr-un numar foarte mare (dar finit!) de particule care se afla in interactiune energetica atat intre ele cat si cu mediul exterior

Sunt sisteme termodinamice: NU sunt sisteme termodinamice:

Sisteme termodinamice:

Parametrii de stare Sunt marimi fizice masurabile care definesc starea unui sistem termodinamic Temperatura Presiune Parametri intensivi: Nu depind de dimensiunea sistemului Numar de moli Parametri extensivi: Masa Volum Depind de dimensiunea sistemului

Parametrii de stare Temperatura masura a agitatiei moleculare Wikimedia Commons Wikimedia Commons Presiunea reflecta forta cu care moleculele lovesc peretii vasului, raportata la suprafata peretilor

Legatura dintre p, V si T V constant T constant Creste T creste agitatia moleculara creste energia cinetica a moleculelor creste forta de impact asupra peretilor, pentru aceeasi suprafata creste p Creste V creste suprafata peretilor, energia cinetica si forta de impact raman aceleasi aceesi forta se repartizeaza pe o suprafata mai mare scade p p constant Creste T creste agitatia moleculara, energia cinetica a moleculelor, forta de impact creste suprafata peretilor, pentru ca raportul forta la suprafata sa ramana acelasi creste V

Legatura dintre p, V si T Legea universala a gazelor: pv = RT p presiunea gazului V volumul ocupat - numarul de moli R constanta universala a gazelor (R = 8.314 J/kmol K) T - temperatura

Starea de echilibru termodinamic Parametrii de stare sunt constanti in timp si in spatiu Tendinta spontana a oricarui sistem termodinamic este de evolutie catre starea de echilibru termodinamic

Procese termodinamice Sunt treceri ale unui sistem dintr-o stare termodinamica in alta

Procese reversibile si ireversibile Procese reversibile: Cvasistatice (in orice moment sistemul se afla in echilibru termodinamic) Daca se inverseaza sensul de variatie al parametrilor, sistemul revine la starea initiala pe acelasi drum (va trece prin aceleasi stari, in ordine inversa) Procese ireversibile Necvasistatice Revenirea la starea initiala pe alt drum, si prin interventie exterioara

Procese reversibile si ireversibile

Principiul zero al termodinamicii Doua sisteme aflate in echilibru termic cu un al treilea se afla in echilibru termic intre ele

Principiul I al termodinamicii

Energia interna a unui sistem Reprezinta energia totala a unui sistem Energie cinetica: a moleculelor, particulelor din sistem Energie potentiala Translatie Rotatie Vibratie Atractie intre molecule Interactiune cu campuri externe (electric etc) Energii intramoleculare, intraatomice

Energia interna a unui sistem Marime de stare (parametru extensiv) Variatia energiei interne a unui sistem depinde starea initiala si de starea finala, NU depinde de calea parcursa

Formularea matematica a principiului I al termodinamicii U =Q L Energia interna a unui sistem (U) creste cand sistemul primeste caldura (Q) din exterior si scade cand sistemul efectueaza lucru mecanic (L) Caldura transfer de energie datorat miscarii dezordonate a moleculelor (Q > 0 cand sistemul primeste caldura) Lucrul mecanic transfer de energie datorat miscarii ordonate a sistemului (L > 0 cand sistemul efectueaza lucru mecanic)

Principiul conservarii energiei Principiul I al termodinamicii = PRINCIPIUL CONSERVARII ENERGIEI Energia unui sistem nu se pierde, ci trece dintr-o forma intr-alta Sistem izolat energia interna se conserva ( U = 0) Exclude posibilitatea unui perpetuum mobile de spita I: Nu se poate construi o masina care sa produca lucru mecanic fara consum de energie

Principiul conservarii energiei

Masurarea energiei interne a unui sistem In conditiile in care sistemul nu efectueaza lucru mecanic (L=0; conditii izocore), variatia energiei interne a unui sistem este egala cu caldura degajata sau primita U =Q V Aplicatie: masurarea variatiei energiei interne a sistemului intr-o reactie chimica

Semnificatii biologice ale principiului I al termodinamicii Bilantul energetic al organismului

Principiul al II-lea al termodinamicii

Formulari Clausius: NU este posibil un proces care sa aibe ca unic rezultat transferul spontan de caldura de la un corp mai rece la unul mai cald Principiul cresterii entropiei: Sensul spontan de evolutie a sistemelor termodinamice este spre cresterea entropiei

Consecinte NU este posibil un proces in care intreaga cantitate de caldura absorbita sa fie transformata integral in lucru mecanic Exclude posibilitatea unui perpetuum mobile de spita a II-a

Entropia Parametru de stare Exprima gradul de dezordine al unui sistem termodinamic Q S= T Q caldura schimbata de sistem cu exteriorul T temperatura la care are loc schimbul de caldura caldur

Entropia abordare statistica Formularea Boltzmann Entropia exprima gradul de ordonare al particulelor din care este alcatuit sistemul S =k ln N k constanta lui Boltzmann (1.38 10-23 J/K) N probabilitatea termodinamica a starii Numarul de stari microscopice distincte care formeaza o stare macroscopica

Entropia abordare statistica

Variatia de entropie in procese reversibile si ireversibile Procese reversibile: Variata de entropie este datorata doar schimburilor de caldura cu exteriorul Procese ireversibile: Variatia de entropie este datorata: Schimburilor de caldura cu exteriorul Procesului ireversibil, care genereaza entropie in interiorul sistemului

Variatia de entropie in procese reversibile si ireversibile Procese reversibile: Variata de entropie este datorata doar schimburilor de caldura cu exteriorul dq e ds =ds e = T Sistem izolat: ds =0 Sistem neizolat: ds 0

Variatia de entropie in procese reversibile si ireversibile Procese ireversibile: ds =ds e ds i dq e dq n ds = T T Qn = caldura necompensata; rezultata prin degradarea energiei libere a sistemului datorita procesului ireversibil ds i 0

Variatia de entropie in procese reversibile si ireversibile Procese ireversibile: Sistem izolat: ds e =0, ds =ds i 0 Sistem neizolat: ds e 0, ds =ds e ds i 0

Procese cuplante si procese cuplate Este posibil ca intr-nu sistem sa aibe loc procese care duc la o scadere locala a entropiei, dar acest lucru se va intampla intotdeauna pe seama altor procese in care entropia creste Procesele in care S scade = CUPLATE Procesele in care S creste = CUPLANTE Exemplu: orice proces de sinteza (cuplat) are loc pe baza altui proces (cuplant) care furnizeaza energia si in urma caruia entropia creste

Sursa de entropie. Functia de disipatie Rayleigh Sursa de entropie: ds i = dt = Variatia in timp a entropiei datorata proceselor ireversibile Functia de disipatie Rayleigh ds i =T =T dt

Potentiale termodinamice

Entalpia Entalpia este un potential termodinamic folosit pentru calculul caldurii Qp schimbate de sistem in conditii izobare (p = ct) Relatia de definitie: H =U pv Legatura cu Qp: H = U pv H = U p V dar p V = L deci H = U L cum U =Q L rezulta ca H =Q p

Entalpia Utilitate in studiul reactiilor chimice: ΔH > 0 sistemul primeste caldura din exterior; reactie ENDOTERMA ΔH < 0 sistemul cedeaza caldura in exterior; reactie EXOTERMA

Energia libera Energia libera arata partea din energia interna a unui sistem care poate fi convertita in lucru mecanic in conditii izoterme (T = ct; Qe = 0) Relatia de definitie: Explicatie: F =U TS F = U T S F = U Q n

Entalpia libera Entalpia libera (Energia libera Gibbs) arata capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic util in conditii izobare si izoterme (p = ct, T = ct) Relatia de definitie: G= H TS

Directii de evolutie spontana a sistemelor termodinamice CRESTERII ENTROPIEI Toate procesele care au loc spontan intr-un sistem termodinamic izolat au loc in sensul: SCADERII ENERGIEI LIBERE

Forte si fluxuri termodinamice

Forte si fluxuri termodinamice

Forte si fluxuri termodinamice Forte termodinamice = GRADIENTI Diferente spatiale in valorile unor marimi scalare Marimi vectoriale au un modul, o directie si un sens Exemple: gradienti de temperatura, de concentratie, de potential electric

Forte si fluxuri termodinamice Fortele termodinamice determina aparitia fluxurilor termodinamice conjugate Deplasari ale unor cantitati (masa, caldura, electricitate etc) dintr-o parte intr-alta a sistemului Exprimate in cantitate / (suprafata x timp) Exemple: Js [kg/(m2s)] Flux de substanta: Flux de electricitate: Flux de caldura: Je [C/(m2s)] Jc [J/(m2s)]

Forte si fluxuri termodinamice Fiecarei forte termodinamice Xi ii corespunde un flux termodinamic conjugat Ji Intr-un sistem in care o singura forta X determina aparitia unui singur flux J, acesta depinde direct proportional de X: J =LX (L=coeficient de proportionalitate)

Ecuatiile fenomenologice liniare (Onsager) Cand in sistem exista mai multi gradienti Xi, fiecare flux conjugat Ji va depinde de toti gradientii din sistem: J 1= L11 X 1 L12 X 2... L1n X n J 2 =L 21 X 1 L 22 X 2... L 2n X n... J i = Lij X j Lij = coeficienti fenomenologici Lij = Lji relatie de simetrie

Ecuatiile fenomenologice liniare (Onsager)

Echilibru si stare stationara

Starea stationara Este o stare de echilibru dinamic ; parametrii de stare sunt constanti in timp, dar NU si in spatiu Exista in permanent in sistem transformari de energie si schimburi cu exteriorul, dar nivelul acestora este constant Poate aparea doar in sisteme neizolate, deoarece se poate mentine doar prin consum de energie furnizata din exteriorul sistemului

Starea stationara

ECHILIBRU STARE STATIONARA Sistem izolat DA NU Parametrii de stare Constanti in timp Constanti in timp Parametrii intensivi Constanti in spatiu NU sunt constanti in spatiu Sursa de entropie Nula (exista gradienti in sistem) Minima, dar nenula

Stabilitatea starilor Starea de echilibru este stabila fata de perturbatii mici (Le Chatelier) Starea stationara: Este stabila fata de perturbatii mici; in sistem iau nastere fluxuri care tind sa anuleze perturbatia (Prigogine) Daca in sistem apar perturbatii mari, evolutia sa poate fi catre: Echilibru termodinamic Stari stationare calitativ diferite Oscilatii Structuri disipative

Stari departe de echilibru Structuri disipative

Autoorganizare in sistem In anumite conditii, ca raspuns la perturbatii mari in sistem, acesta poate evolua catre o stare calitativ diferita de organizare = structura disipativa Caracteristici: Frecvent, sisteme haotice Grad inalt de organizare (structurare) Aparitia spontana de anizotropie (dependenta critica de conditiile initiale) Existenta in permanenta a fluxurilor in sistem, dar NU mai sunt valabile legile lui Onsager Consum permanent de energie

Vartejurile lui Bénard Strat subtire de lichid intre doua placi la temperaturi diferite In lichid vor aparea vartejuri organizate (celule de convectie) Modificat dupa Wikimedia Commons

Oscilatorul Belousov-Zhabotinsky Oscilator chimic neliniar Reactanti: bromat de potasiu, sulfat de ceriu (IV), acid propandedioic si acid citric in acid sulfuric diluat Rezultat: oscilatii ale raportului dintre ionii de ceriu (IV) si ionii de ceriu (III) rezultati, ceea ce duce la modificari ciclice ale culorii solutiei

Emergenta In sisteme alcatuite din unitati (organisme) simple apar comportamente complexe ca urmare a actiunii colective Aceste comportamente nu pot fi prezise pe baza studiului unui singur element al sistemului Exemple: Organizarea unui stol de pasari, a unui musuroi de furnici Functionarea circuitelor neuronale cerebrale